Агрохимия, 2022, № 10, стр. 14-18
Калийное состояние каштановой почвы при длительном применении удобрений в сухой степи Забайкалья
А. С. Билтуев 1, *, Л. В. Будажапов 1, А. К. Уланов 1, Н. Н. Дармаева 1
1 Бурятский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
670045 Улан-Удэ, ул. Третьякова, 25з, Россия
* E-mail: burniish@inbox.ru
Поступила в редакцию 04.04.2022
После доработки 04.06.2022
Принята к публикации 12.07.2022
- EDN: ZGSBPJ
- DOI: 10.31857/S0002188122100040
Аннотация
В условиях сухой степи Забайкалья в длительном стационарном полевом опыте изучено влияние удобрений на калийное состояние почв. Выявлены закономерности изменения содержания валового, необменного и обменного калия от вида удобрений и баланса калия в полевом севообороте. Существенное увеличение валового калия отмечено при внесении органических удобрений в дозах 20–40 т навоза/га, применение K40 на фоне Р40K40 позволило сохранить его исходное содержание. Запасы необменного калия снижались в пахотном слое и возрастали в подпахотном. Содержание обменного калия зависело от баланса элемента в севообороте и содержания необменного калия. Увеличение среднегодового баланса калия на 1 кг/га пашни севооборота приводило к повышению содержания обменной формы на 0.09 мг/кг в пахотном слое почвы, в подпахотном – на 0.44 мг/кг. Выявлена сильная зависимость содержания обменной и необменной форм калия. Наибольшее количество обменного калия в пахотном горизонте отмечено при внесении 40 т навоза/га.
ВВЕДЕНИЕ
Калийное состояние почв определяется минералогическим и гранулометрическим составом почвообразующих пород, а также степенью деструкции калийсодержащих минералов в различных ее горизонтах. Антропогенное воздействие на калийный статус выражается в изменении содержания различных форм калия под воздействием обработки почв, возделывания культур и применения удобрений. При этом фактор удобрений обладает наиболее значимым влиянием [1, 2].
Пахотные каштановые почвы Бурятии в любой части профиля характеризуются большим количеством валового калия (Kвал), превышающим в абсолютном большинстве случаев 3%. Столь высокое содержание калия, не свойственное аналогичным почвам в европейской части страны, объясняется минералогическим составом пород и гранулометрическим составом почв. В питании растений участвуют обменный (Kобм) и необменный (Kнеобм) формы калия, формирующие актуальные и потенциальные его запасы. Содержание Kнеобм составляет от 2.0 до 8.9% от Kвал, постепенно снижаясь с глубиной [3, 4]. Содержание Kобм значительно уступает содержанию необменных форм, при этом зачастую с глубиной эта разница увеличивается. Обменный калий варьируют в пределах от 6 до 22 мг/100 г почвы, достигая максимального содержания в слое почвы 0–30 см. В старопахотных каштановых почвах Бурятии содержание обменной формы оценивают по методу Чирикова как повышенное [5]. Данный метод определения был принят в начале 1970-х гг. Агрохимслужбой “Бурятская” как стандартный метод определения обменного калия в каштановых почвах региона.
Калийное состояние почв обусловлено своеобразием почвообразующих факторов. Антропогенные воздействия как обработка почвы, выращивание культурных растений, внесение удобрений, севообороты создает новые условия функционирования почв [6–8].
Цель работы – в длительном стационарном полевом опыте в сухостепной зоне Бурятии определить закономерности изменения валового содержания, обменных и необменных форм калия при различных вариантах применения удобрений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Калийное состояние почв в агроценозе изучали в стационарном полевом опыте, заложенном в 1967 г. на типичной каштановой мучнисто-карбонатной среднемощной супесчаной сезонно-мерзлотной почве, обладающей низким потенциальным плодородием.
Опыт размещен на опытном поле Бурятского НИИСХ в южной сухостепной зоне Республики Бурятия. Для изучения калийного состояния почв из общей схемы опыта были выделены варианты: контроль (без удобрений), N40P40K40, навоз 20 т/га, навоз 40 т/га, навоз 10 т/га + + N50P25K60. Минеральные удобрения (Naa, Pсд, Kх) вносили ежегодно под весеннюю вспашку, органические (полуперепревший навоз КРС) и органо-минеральные – один раз в ротацию под перепашку пара. В качестве исходной почвы принят почвенный образец длительной залежи (1968–2019 гг.) на территории размещения длительного агрохимического опыта. Учетная площадь делянок 100 м2, повторность в опыте четырехкратная. Агротехника возделывания культур – общепринятая для сухостепной зоны Республики Бурятия [8].
Почвенные образцы на анализ отбирали весной в паровом поле. Содержание калия в почве определяли: валового – разложением почвы фтористоводородной кислотой [9], необменный – по Пчёелкину [9], обменный – по Чирикову [9]. Статистическая обработка данных проведена стандартными методами, эмпирическое моделирование проводили на основе корреляционного анализа и построения парных моделей на основе метода наименьших квадратов [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Валовое содержание калия в каштановых почвах является наиболее стабильным показателем калийного состояния почв. Подобное связано с тем, что >90% калия находится в минеральном скелете почв, наиболее консервативном пуле почвенного калия. Длительное экстенсивное использование почв, возделывание сельскохозяйственных культур при отрицательном балансе калия приводит с уменьшению содержания более подвижных форм калия – обменной и необменной [1, 7, 11]. В целом за весь период исследования валовое содержание калия изменялось в соответствии с его балансом в севообороте (табл. 1), связь между этими показателями была очень сильной (r = 0.93).
Таблица 1.
Вариант | Среднегодовое внесение на 1 га пашни севооборота | Баланс K2О в севообороте, ±кг/га/год | Kвал, мг/кг | ±ΔKвал | |
---|---|---|---|---|---|
мг/кг | мг/кг/год | ||||
Исходная почва | – | – | 35 200 | ||
Контроль | – | –31 | 34 240 | –960 | –19.2 |
N40P40K40 | K28 | –34 | 34 880 | –320 | –6.4 |
Навоз 20 т/га | навоз 8 т | –10 | 35 680 | 480 | 9.6 |
Навоз 40 т/га | навоз 15 т | 19 | 36 760 | 1560 | 31.2 |
Навоз 10 т/га + N50P25K60 | навоз 4 т + K26 | –15 | 34 960 | –240 | –4.8 |
НСР05 | 300 |
Описательная модель влияния баланса калия в севообороте (БK, кг/га) на содержание валового калия в различных вариантах опыта наиболее адекватно определялась линейным трендом (1):
(1)
${{{\text{K}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{О}}}_{{{\text{вал}}}}} = 35\,909 + 42.6{{{\text{Б}}}_{{\text{K}}}},\quad {{R}^{2}} = 0.88.$Достоверное снижение содержания валового калия от исходного отмечено в неудобренном варианте, а превышение – при применении органических удобрений – навоз в дозах 20 и 40 т/га в паровое поле.
Длительное внесение K40 в составе полного минерального удобрения и органо-минеральной системы, с внесением навоза 10 т/га + N50P25K60 позволило сохранить исходное содержание Kвал.
Систематическое применение удобрений влияло на содержание обменного и необменного калия в зависимости от систем удобрения (табл. 2). Возделывание полевых культур без удобрений привело к существенному снижению, а их применение – к сохранению или увеличению исходного количества обменного калия в пахотном слое почвы. Наибольшее содержание Kобм отмечено при внесении навоза 40 т/га, превышение над контролем составило 112, а над исходной почвой – 50%. Относительно меньший прирост показало внесение калия в составе минеральных трехкомпонентных удобрений, а также органических удобрений в дозе навоз 20 т/га. Обеспеченность растений калием в этих вариантах находилась на уровне высокого (по Чирикову). Наименьшие показатели содержания обменного калия на уровне средней обеспеченности отмечены в контроле. Другие варианты достоверно превышали контрольный и находились в градации повышенной обеспеченности обменным калием. При ранжировании по возрастанию содержания Kобм в слое 0–20 см почвы варианты опыта размещались в ряду: контроль → навоз 10 т/га + N50P25K60 → → навоз 20 т/га → N40P40K40 → навоз 40 т/га.
Таблица 2.
Вариант | K2O, мг/кг | |||
---|---|---|---|---|
0–20 см | 20–40 см | |||
обменный | необменный | обменный | необменный | |
Исходная почва | 112 | 2100 | 104 | 1260 |
Контроль | 79 | 1270 | 59 | 1450 |
N40P40K40 | 130 | 1460 | 67 | 1500 |
20 т/га навоза | 127 | 1560 | 75 | 1640 |
40 т/га навоза | 168 | 1870 | 96 | 1950 |
10 т/га + N50P25K60 | 108 | 1570 | 74 | 1460 |
НСР05 | 17 | 90 | 16 | 110 |
Подпахотный горизонт также активно участвовал в калийном питании растений. Этот горизонт более уплотнен и в меньшей степени обеспечен влагой, вносимые удобрения попадают в этот слой вследствие миграции солей калия по профилю [12]. Обеспеченность обменным калием в слое 20–40 см была на уровне средних показателей, лишь в варианте навоз 40 т/га – повышенной. В отличие от пахотного горизонта применение удобрений не позволило достичь порога исходного содержания обменного калия. В целом ранжирование вариантов по обеспеченности обменным калием в слое 20–40 см повторяло аналогичное ранжирование в слое 0–20 см.
Ближний резерв калийного питания (Kнеобм) участвует в питании растений в результате перехода в обменное и водорастворимое состояние, поэтому тенденция к его распределению в вариантах опыта также зависела от баланса калия в севообороте. При отрицательных его показателях расходовался калий удобрений и обменный калий почвы, происходила интенсивная его мобилизация из необменной формы [13].
Снижение исходного содержания Kнеобм в почве пашни было столь интенсивным, что его запасы в слое 0–20 см не могли восполнить ни минеральные, ни органические удобрения. Даже при положительном балансе калий удобрений повышал содержание обменной формы и лишь снижал потери необменной. Максимальное количество Kнеобм отмечено в варианте применения навоза 40 т/га, минимальное – в контроле. При ранжировании по возрастанию содержания Kнеобм в слое 0–20 см варианты опыта размещались в ряду: контроль → N40P40K40 → навоз 20 т/га → навоз 10 т/га + N50P25K60 → навоз 40 т/га.
В подпахотном горизонте в отличие от пахотного наблюдали увеличение содержания Kнеобм относительно исходного состояния. Соотношение Kнеобм : Kобм в исходной почве составляло 19 в слое 0–20 см и 12 – в 20–40 см. Длительное возделывание почв снизило его до 11–16 в пахотном горизонте, но увеличило до 20–25 в подпахотном. В этой связи отметили тенденцию к накоплению калия удобрений в необменном состоянии в слое 20–40 см и интенсивное его извлечение из слоя 0–20 см. Размеры использования запасов Kнеобм из пахотного горизонта были больше, чем из подпахотного.
При сравнении равных по действующему веществу и срокам внесения (в паровое поле) систем удобрения (органической, навоз 20 т/га и органо-минеральной, навоз 10 т/га + N50P25K60) выявлено, что органический вариант удобрения накапливал больше обменного и необменного калия в различных слоях почвы.
В опыте выявлено, что внесенные удобрения повышали в большей степени содержание обменной формы калия, чем необменной. При увеличении баланса доля необменного калия в общей сумме Kобм + Kнеобм снижалась, а обменного – увеличивалась, т.е. темпы приращения обменной формы были больше, чем необменной.
Корреляционный анализ позволил установить сильное и достоверное влияние баланса калия в севообороте и запасов Kнеобм на содержание Kобм в пахотном и подпахотном горизонтах почвы (табл. 3).
Большая выборка позволила создать эмпирические модели определения основных форм калия каштановых почв в зернопаровом севообороте под воздействием удобрений. Эмпирическая модель совместного воздействия значимых факторов на содержание обменного калия имело вид множественной регрессии (2, 3):
(2)
$\begin{gathered} {{{\text{K}}}_{{{\text{обм}}}}}\left( {0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20\;{\text{см}}} \right) = \\ = 0.09{{{\text{Б}}}_{{\text{K}}}} + 0.14{{{\text{K}}}_{{{\text{необм}}}}}\left( {0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20\;{\text{см}}} \right)--96.73, \\ {{R}^{2}} = 0.84, \\ \end{gathered} $(3)
$\begin{gathered} {{{\text{K}}}_{{{\text{обм}}}}}\left( {20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 40\;{\text{см}}} \right) = \\ = 0.44{{{\text{Б}}}_{{\text{K}}}} + 0.02{{{\text{K}}}_{{{\text{необм}}}}}\left( {20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 40\;{\text{см}}} \right)--45.56, \\ {{R}^{2}} = 0.83. \\ \end{gathered} $Общие тренды зависимости содержания калия в почве были довольно стабильными и зависели от баланса поступления/выноса калия в почве. Между тем амплитуды краткосрочных изменений в определенные периоды были приурочены к вариациям гидротермических условий, которые изменяли не только размеры калийного питания, но и кинетику обменной и необменной адсорбции и десорбции, влияя на скорость трансформации элемента между различными формами [14, 15].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, содержание различных форм калия в каштановых почвах Бурятии при длительном применении удобрений изменялось в соответствии с балансом этого элемента в севообороте. Снижение валового количества калия отмечено в варианте без удобрений, сохранение исходного содержания – при применении K40 в составе полного минерального удобрения и органо-минерального удобрения навоз 10 т/га + + N50P25K60, увеличение – при внесении органических удобрений в дозах 20–40 т навоза/га.
Обменный калий интенсивно расходовался из пахотного и подпахотного горизонтов, его содержание при применении удобрений зависело от баланса элемента в севообороте и содержания необменного калия. Изменение баланса на 1 кг/га и содержания необменного калия на 1 мг/кг сопровождалось изменением содержания обменной формы соответственно на 0.09 и 0.14 мг/кг в слое 0–20 см почвы. В слое 20–40 см эти показатели составляли 0.44 и 0.02 мг/кг. Максимальное количество обменного калия в пахотном горизонте каштановых почв отмечено при внесении дозы навоза 40 т/га.
Необменный калий интенсивно расходовался из пахотного слоя почвы. Систематическое применение удобрений не позволило восстановить исходного уровня его содержания. Наименьшие его потери относительно исходного содержания отмечены в варианте с внесением 40 т навоза/га (–224 мг/кг), наибольшее – в контроле (–825 мг/кг). В подпахотном горизонте, напротив, отмечено увеличение содержания Kнеобм относительно исходного состояния при применении удобрений. Максимальное приращение содержания этой формы происходило в варианте применения навоза 40 т/га, минимальное – в контроле.
Список литературы
Гамзиков Г.П., Маслова И.Я., Жуков Г.А., Дзикович К.М. Калий в земледелии Сибири // Проблемы агрохимического сырья Западной Сибири. Новосибирск: Наука, СО, 1985. С. 73–79.
Минеев В.Г. Агрохимия и экологические функции калия. М.: Изд-во МГУ, 1999. 332 с.
Загузина Н.А., Рузавин Ю.Н. Минералогический состав почв Бурятской АССР и содержание в них различных форм соединений калия // Почвенные ресурсы Забайкалья. Новосибирск: Наука, СО, 1989. С. 59–66.
Абидуева Т.Е., Соколова Т.А. Глинистые минералы и калийное состояние степных почв Западного Забайкалья. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 101 с.
Лапухин Т.П. Система применения удобрений в полевых севооборотах на каштановых почвах сухой степи Забайкалья: Автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Барнаул, 2000. 40 с.
Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М.: Высш. шк., 1964. 398 с.
Гамзиков Г.П. Эффективное использование удобрений под полевые культуры на почвах Западной Сибири // Агрохимические исследования в Сибири. Научные основы использования и охраны земельных ресурсов Сибири. Новосибирск, 1984. С. 4–24.
Система земледелия Республики Бурятия. Улан-Удэ: БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2018. 349 с.
Важенин И.Г. Методы определения калия в почве // Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. С. 128–164.
Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Либроком, 2009. 328 с.
Якименко В.Н. Баланс калия, урожайность культур и калийное состояние почвы в длительном полевом опыте в лесостепи Западной Сибири // Агрохимия. 2019. № 10. С. 16–24.
Билтуев А.С., Лапухин Т.П., Будажапов Л.В. Климат, плодородие почв и продуктивность зерновых культур в аридных условиях Забайкалья: состояние и прогноз. Улан-Удэ: Бурят. ГСХА, 2015. 141 с.
Давлятшин И.Д., Лукманов А.А., Бадиков А. Калий в пахотных почвах лесостепи // Плодородие. 2013. № 2 (71). С. 27–29.
Sparks D.L. Potassium dynamics in soils // Adv. Soil Sci. 1987. V. 6. P. 1–63.
Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механистический подход. M.: Агропромиздат, 1988. 376 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.